宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(y好好记住我在你体内的感觉ī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)好好记住我在你体内的感觉辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极(jí)有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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