宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一德国有多大面积，德国相当于中国哪个省顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却只(z德国有多大面积，德国相当于中国哪个省hǐ)有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的(de)假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力！

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