宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到(dào)星系虎眼石怎么辨别真假，虎眼石什么人不能戴或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需(xū)要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释(shì)的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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