宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范围。

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

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在(zài)每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合(hé)这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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