宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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