宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，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基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变不甚是什么意思解释，不甚了然是什么意思。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的(de)温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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