宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大部(bù)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(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xī赓续前行是什么意思，赓续前进的意思ng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测(cè)到(dào)了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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