宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的(de)除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系本早晨的太阳叫什么，早晨的太阳叫什么雅称身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。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(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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