宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让(ràng)人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物(wù)质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过什么(me)来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论(lùn)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(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)甘油是用猪油做的吗，食品级甘油是什么做的望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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