宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)19972小时是几天，72小时是几天几夜7年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证72小时是几天，72小时是几天几夜据。

但是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，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(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化(huà)的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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