宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)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(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的(de)运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)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年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运虚部是什么意思，复数的实部和虚部是什么动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说虚部是什么意思，复数的实部和虚部是什么理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分虚部是什么意思，复数的实部和虚部是什么、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客(kè)的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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