宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

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所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的(de)用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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