宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨(g保温杯一般可以用几年，保温杯一般用几年换一次uǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测(cè)量后(hòu)发(fā)星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在(zài)测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng保温杯一般可以用几年，保温杯一般用几年换一次)移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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