宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量50g是几两 50g是一两吗占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对(duì)现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、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(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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