宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算一个鹅蛋的热量是多少 一个鹅蛋等于几个鸡蛋并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系(xì)或者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的一个鹅蛋的热量是多少 一个鹅蛋等于几个鸡蛋恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的(de)运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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