宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照each of后面加单数还是复数谓语，each of 后跟单数还是复数牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàngeach of后面加单数还是复数谓语，each of 后跟单数还是复数)心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xeach of后面加单数还是复数谓语，each of 后跟单数还是复数ì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人(rén)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(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力(lì)！

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