宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)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量所产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相(嗤笑的意思xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来(lái)验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了(le)各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就嗤笑的意思意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提出了(le)数(shù)十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前(qián)的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在(zài)的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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