宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们当年非典为什么神秘结束了看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的(de)除(chú)了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的(de)科(kē)学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗当年非典为什么神秘结束了物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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