宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质3ce是什么档次，3ce是什么档次的牌子量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结果却(què)让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的(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。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的平(píng)面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹(d3ce是什么档次，3ce是什么档次的牌子ān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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