宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

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星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们(men)观测的(de)结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的(de)东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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