宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

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

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大(dà)的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系东京是不是日本首都 东京不是日本的首都吗旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进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(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，东京是不是日本首都 东京不是日本的首都吗那么如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异(yì)也可(kě)能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗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(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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