宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际气体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十(shí)种(zhǒng一本书多重，一本书多重有一斤吗)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/一本书多重，一本书多重有一斤吗LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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