宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年融为一体到底有多舒服，两人融为一体的描写之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越融为一体到底有多舒服，两人融为一体的描写来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离(lí)了(le)。奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不(bù)参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了(le)暗物(wù)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(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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