宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天(ti什么是狗啃式刘海，什么是狗啃式刘海发型ān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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