宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(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(zú)够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)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(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)戴自动蝴蝶去上班感受，被要求带着玩具上班一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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