宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的(de)形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边(徐海为是谁？biān)形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā徐海为是谁？)认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由于(yú)这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台(tái)新(xīn)的(de)望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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