宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(螺蛳粉去掉酸笋还臭吗，螺蛳粉是汤臭还是笋臭xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测(cè)量速度(dù)的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中(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(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同的(de)目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些(xiē)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。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动力！

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