宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年(nián)一切后果自负是什么意思，不然后果自负是什么意思，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)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，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)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(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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