宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年单倍行距是多少之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系(xì)的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的规模上，巨(jù)大(dà)的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果单倍行距是多少MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们(men)需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他的(de)理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这些星系本(běn)身(shēn)并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家(jiā)声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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