宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一(yī)个(gè)大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系(xì)本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释(shì)方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的(de)地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年(nián)的数据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场仪器(qì)提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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