宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王骨架大的男生一般都很高吗，为什么身高越高性功能越差星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上(shàng)的(de)观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大约骨架大的男生一般都很高吗，为什么身高越高性功能越差是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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