宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

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

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，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，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的(de)力(lì)量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个两斤大概有多重参照物，2斤有多重？有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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