宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)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，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围一面亲上边一面膜下边的，一面亲上边一面膜下边打扑克绕(rào)着银河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化(huà)的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì一面亲上边一面膜下边的，一面亲上边一面膜下边打扑克)我更新的(de)动力！

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