宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的(de)各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)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(de)恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zh热情款待和盛情款待的意思区别，怎么表达感谢别人请吃饭è)个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的(de)实验方式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤(rǎng)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(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(l热情款待和盛情款待的意思区别，怎么表达感谢别人请吃饭ìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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