宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星系相对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的(de)结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕m是什么意思性取向太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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