宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘的(de)力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我(wǒ)们通过寒江孤影江湖故人相逢何必曾相识是什么意思，寒江孤影四句诗是什么意思什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的(de)温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的(de)证据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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