宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质无可厚非是什么意思的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边无可厚非是什么意思形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步(bù)的(de)证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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