宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是(shì)集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天体可(kě)能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年(nián)的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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