宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(嫦娥二号拍到外星人已经证实wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是(s嫦娥二号拍到外星人已经证实hì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一(yī)个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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