宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团碳的相对原子质量是多少，氮的相对原子质量(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了碳的相对原子质量是多少，氮的相对原子质量一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)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(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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