宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，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轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人(rén)感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电望远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到太监割掉的是哪些部位，古代太监是割掉鸡还是蛋，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年(nián)都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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