宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力(lìe的1次方等于什么，e的1次方等于什么函数)量进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的(de)物(wù)理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银e的1次方等于什么，e的1次方等于什么函数河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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