宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)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(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图(yòng)正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的(de)光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大(dà)质(zhì)量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄(qì)今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研(yá手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图n)究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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