宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(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(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)有缘千里来相会,三笑徒然当一痴什么意思，三笑突然当一痴打一成语透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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