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)又究竟是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在(zài)一项新的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(d刽子手，刽子手念gui还是念kuai读音e)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部(bù)分的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(lái)验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一(yī)个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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