宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)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(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提(tí)供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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