宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无本初是谁法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)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40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND本初是谁蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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