宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的青金石价格一般多少，青金石价格一般多少一克时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测(cè)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Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大(dà)质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的(de)区域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)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相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到青金石价格一般多少，青金石价格一般多少一克的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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