宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)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)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成再婚的家庭一般过得好不好，再婚的家庭一般过得好不好生活立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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