宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转m开头的姓氏都有哪些，m开头的姓氏中文名速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过(guò)射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到底是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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