宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。遥控蝴蝶是什么样的，遥控蝴蝶的作用p>

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数(shù)十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度(dù)信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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