宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那气概和气慨哪个正确些，气概与气概的区别么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围气概和气慨哪个正确些，气概与气概的区别绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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