宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测(cè)的结果却(què)让(ràng)人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这些理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37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什(shén)么来(lái)验证它的(de)质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高菲律宾国土面积有多大，菲律宾国土面积有多少平方公里山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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