宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观(吊带和背心有什么区别，吊带和背心有什么区别guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互(h吊带和背心有什么区别，吊带和背心有什么区别ù)作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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