宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质(zhì)存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个生理反应什么叫压枪，生理压枪是什么意思过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也(yě)可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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