宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是(shì)应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再(zài)一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系(xì)的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质一般上大一是多少岁，大一是多少岁哪年的相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物一般上大一是多少岁，大一是多少岁哪年的质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也可能(néng)有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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