宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)通过射(shè)电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学(xué)定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的12是什么意思，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什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(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期(qī)信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据12是什么意思了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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