宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离(lí)的(de)氢元素，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)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(hěn)好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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