宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(柿饼有酒味还能不能吃了，柿饼有酒味还能不能吃了呢chāo)过(guò)50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的(de)物(wù)质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色(sè)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(yù)，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同(tóng)的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的(de)动力！

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