宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)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)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家(jiā)们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到(dào)的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就为什么好多美女都口臭，女朋友很漂亮但是有口臭(jiù)是探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中(zhōng)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(tā)们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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