宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么(me)来验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么(me)问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什么？科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(泰国相当于中国的哪个省，泰国等于中国哪个省guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里泰国相当于中国的哪个省，泰国等于中国哪个省有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个(gè)关键的(de)用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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