宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220耐克折扣店是真的吗，街边的耐克折扣店是真的还是假的公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在耐克折扣店是真的吗，街边的耐克折扣店是真的还是假的宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系(xì)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，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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