宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它(tā起飞前多久停止登机，起飞前多久停止登机口)们束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速(sù)度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，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。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公起飞前多久停止登机，起飞前多久停止登机口里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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