宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方式。对(duì)于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的(de)部(bù)分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来(lái)解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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