宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可(k新字的繁体字有几画，新的繁体字是几画ě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那(nà)么(me)我们(men)通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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