宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并(尽管的关联词后面是什么，尽管的关联词表示什么关系bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xià尽管的关联词后面是什么，尽管的关联词表示什么关系n)，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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