宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却(què)没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分(fēn)的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么(me)？科学(xué)家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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