宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什(shén)么(me)来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ体重kg是公斤还是斤，体重50kg是多少斤)们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这体重kg是公斤还是斤，体重50kg是多少斤(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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