宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上(shàng)的运酒后想念一个人是真爱吗，为什么喝了酒会很想念一个人行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存(cún)在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地(dì)学(xué)实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太酒后想念一个人是真爱吗，为什么喝了酒会很想念一个人阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动(dòng)力！

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