宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的(de)人们(men)对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式(shì)也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(q日本人知道我们恨他们吗，日本认为中国强大吗ī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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