宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力(个子矮可以抱着做，矮个子抱起来做lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的(de)引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相个子矮可以抱着做，矮个子抱起来做同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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