宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会(huì)存在科学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了绿豆汤的热量是多少大卡。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的(de)力(lì)量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对(duì)现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈绿豆汤的热量是多少大卡勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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