宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现35c到底有多大，35c是多少(xiàn)了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的35c到底有多大，35c是多少本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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