宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质(z电流单位1a等于多少毫安，电流1a等于多少mahhì)的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)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蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的(de)部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)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(de)，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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