宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个(gè)实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的(de)用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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