宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们顶的速度越来越快越叫的原因早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可(kě)见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)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)系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间的(de)相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后(hòu顶的速度越来越快越叫的原因)在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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