宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量一(yī)般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的(de)大(dà)质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以(yǐ)一般上大一是多少岁，大一是多少岁哪年的这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速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太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yò一般上大一是多少岁，大一是多少岁哪年的ng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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