宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的抬起一条腿对正往里怼是什么意思，一条腿抬起来恒星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(f抬起一条腿对正往里怼是什么意思，一条腿抬起来ù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)抬起一条腿对正往里怼是什么意思，一条腿抬起来更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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