宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、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就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于(yú)星系(xì)团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则(zé)就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它(tā)们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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