宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需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，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的(de)方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在(zài)的(de)物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观(guān)测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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