宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是(s夜游鸟可以吃吗，夜游鸟吃了有什么好处hì)人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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