宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星(xīng)系(xì)相对(duì)于(yú)星系(xì)团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)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(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能(néng)就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的佳明运动手表是哪个国家的 佳明手表属于什么档次是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当(dāng)中(zhōng)。佳明运动手表是哪个国家的 佳明手表属于什么档次当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要(yào)的(de)暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)佳明运动手表是哪个国家的 佳明手表属于什么档次通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)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(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，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月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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