宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们(men)通过什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的(de)时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的(de)大(dà)质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情(qíng三角形的边长公式小学，等边三角形的边长公式)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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