宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)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(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)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(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一(yī轻轨是什么，轻轨是地铁还是高铁)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低轻轨是什么，轻轨是地铁还是高铁，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(轻轨是什么，轻轨是地铁还是高铁wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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