宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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