宇(yǔ)宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各(gè)个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还(hái)发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗(àn)物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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