宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概(gài)念(nià3千克是多少斤 1千克是一斤吗n)，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)3千克是多少斤 1千克是一斤吗出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号(hào)，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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