宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时(shí)候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

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

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了(le)距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的(de)太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银88是不是质数，79是质数吗河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了(le)什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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