宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度(dù)的(de)急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是当兵的家暴几率大吗，当过兵的人会家暴吗引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)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(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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