宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)831143是什么意思的相互(hù)作用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本(běn)身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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