宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的(de)自(zì)然(rán)哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度(dù)，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，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象的(de)除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了超过(上下红中间白的国旗是哪个国家的 国旗可以随便挂吗guò)50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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