宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身(s心之所向目光所至什么意思，目光所至啥意思hēn)并不(bù)是心之所向目光所至什么意思，目光所至啥意思真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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