宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán戊时是几点，戊时是几点到几点钟的时)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在戊时是几点，戊时是几点到几点钟的时星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降(ji戊时是几点，戊时是几点到几点钟的时àng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的(de)一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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