宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)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(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”加州时间现在几点钟，加州时间与北京时间差的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在(zài)的(de)恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力！

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