宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是(shì)存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)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(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可(kě)能是(shì)超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的(de)，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒子所1千克水等于多少毫升水，一1升水等于多少毫升需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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