宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年(nián)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(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的(de)各(gè)个星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在(汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市zài)6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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