宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所产生的(de)引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(g不羡鸳鸯不羡仙下一句，不羡鸳鸯不羡仙,只羡白发苍苍有人牵è)现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了(le)很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的(de)发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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