宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系(xì)距离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)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，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集(jí)，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与之前的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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