宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的(de)研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多3ce是什么档次，3ce是什么档次的牌子亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物(wù)质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)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(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)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(zhe)银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系(xì)的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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