宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的(de)结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一(yī)个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是(shì)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，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力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(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的(de)观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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