宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转使出吃奶的劲儿，吃奶的劲都使出来了是什么意思速度(dù)几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力(lì)！

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