宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却(què)占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不参(cān)与任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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