宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量一天一瓶可乐算过量吗，可乐建议几天喝一次的范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于理论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是(shì)存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)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(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的(de)观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)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)其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数(shù)量也(yě)符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建(ji一天一瓶可乐算过量吗，可乐建议几天喝一次àn)立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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