宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多)生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也(yě)不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任何(hé)其(qí)他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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