宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在巧克力放冰箱可以吗，巧克力放冰箱里保质期一般多长时间中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)巧克力放冰箱可以吗，巧克力放冰箱里保质期一般多长时间团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还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(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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