宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。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(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我们(men)通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的(de)测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已经提出了(le)数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一(yī)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(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前(qián)提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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