宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的上尉是什么级别，上尉是连长还是营长存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同的(de)信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力(lì)！

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