宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山家里放什么东西蛇不敢来，家里有蛇放什么东西最怕脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目家里放什么东西蛇不敢来，家里有蛇放什么东西最怕(mù)前还无(wú)法提(tí)供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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