宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)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)发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng乔丹有多高)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳乔丹有多高(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)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(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动力！

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