宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的(de)周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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