宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是(shì)无法将它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分洗面奶含皂基成分好不好，长期使用氨基酸洗面奶的危害不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的(de)微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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