宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它鸭绒被好还是鹅绒被好，鹅绒被最大的缺点们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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