宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发(fā)现了(le)一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的(de)地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台(tái)新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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