宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着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(de)方式运动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)和星(xīng)团(tuán)的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里的季(jì)节与之(zhī)前(qián)的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新(xīn)的(de)望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗螺蛳粉去掉酸笋还臭吗，螺蛳粉是汤臭还是笋臭物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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