宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自(zì)然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解(jiě中国有多少万大军，中国多少万兵力)释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距(jù)离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚(g中国有多少万大军，中国多少万兵力āng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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