宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)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)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就会(huì)导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下了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，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥拖鞋买刚好的还是大点的 拖鞋有必要买大一码吗珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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