宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解(jiě)的(de)方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)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(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管(世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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