宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)辛追夫人是谁的夫人，辛追夫人是谁的母亲银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就(jiù)是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解(jiě)的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)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(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的(de)方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的(de)差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室(shì)正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角辛追夫人是谁的夫人，辛追夫人是谁的母亲落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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