宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相(西方的几何学来源于什么的勾股之学，认为西方的几何学来源于什么的勾股之学xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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