宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(一亿等于多少千万人民币，一亿等于多少千万？1亿等于多少百万zú)够大(dà)的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的(de)物(wù)质和力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)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(lèi)发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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