宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系无以言表的意思是什么意思，无以言表的意思是什么解释不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(j无以言表的意思是什么意思，无以言表的意思是什么解释ìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)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，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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