宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发(fā)现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外(wài)了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(新字的繁体字有几画，新的繁体字是几画què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测(cè)的(de)结果却(què)让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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