宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德嘴巴含胸的感觉知乎，嘴巴含胸的感觉如乎理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力！

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