宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外(wài)部(bù)场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引小舞去掉所有衣服是什么样子的(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在(zài)南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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