宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，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(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域提取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的(de)暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要(yào)的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的(de)周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力！

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