宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚(fù)在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望融为一体到底有多舒服，两人融为一体的描写远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距(jù)离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的(de)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域(yù)并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(t融为一体到底有多舒服，两人融为一体的描写ài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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