宇(yǔ)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(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(苟以天下之大而从六国破亡之故事是又在六国下矣翻译，苟以天下之大而从六国古今异义jiě)的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量(liàng)都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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