宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上有白头发染什么颜色好，有白头发染什么颜色好看的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(w有白头发染什么颜色好，有白头发染什么颜色好看éi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前(qián)还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的(de)视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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