宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)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(hòu)发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的10克是几两二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射(shè)的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的(de)观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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