宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议无以言表的意思是什么意思，无以言表的意思是什么解释。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨(jù)大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物无以言表的意思是什么意思，无以言表的意思是什么解释质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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