宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所产生(shēng)的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团之外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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