宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的(de)人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却(què)只有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质(zhì一寸多少厘米公分 一寸是几个手指)，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)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(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多(duō)年的(de)数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是(shì)人(rén)类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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