宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对(duì)这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望远镜测(cè)量(liàng)了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的(de)运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men平安喜乐后面一句是啥，平安喜乐后面一句是什么)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的(de)效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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