宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de翡翠手镯用紫光照为什么会有荧光，翡翠镯子太阳光下有紫色荧光)发(fā)现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的(de)暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为(翡翠手镯用紫光照为什么会有荧光，翡翠镯子太阳光下有紫色荧光wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的(de)观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)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素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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