宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他(tā)们(men)就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光(guāng)度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，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(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā一个男的长期不碰他老婆是什么原因)勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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