宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却(què)让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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