宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会可口可乐的创始人是谁，雪碧创始人是谁出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的(de)质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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