宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们(men)发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测(cè)量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做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(duì)现在(zài)的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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