宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星1页是一面还是两面啊，1页是一张还是一面系(x1页是一面还是两面啊，1页是一张还是一面ì)相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速(sù)度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们(men)之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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