宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系(xì)团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)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，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模(mó)上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰再大的胸躺下都是平的，胸明明很大但为什么一躺下就平了值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致的，再大的胸躺下都是平的，胸明明很大但为什么一躺下就平了而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到(dào)的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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