宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现绿豆汤的热量是多少大卡星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发现暗(àn)物质的(de)第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么(me)如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动力(lì)！

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