宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的(de)结(jié)果却让人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(z西气东输的起点与终点，西气东输的起止点是哪里？ài)实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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