宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的(de)质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是42周是几个月，42周是几个月保质期动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)42周是几个月，42周是几个月保质期整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系(xì)的(de)气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下(xià)了(le)各(gè)相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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