宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有安定区属于哪个省哪个市的，安定区属于哪里银河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过(guò)什(shén)么安定区属于哪个省哪个市的，安定区属于哪里来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们(men)之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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