宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)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(wéi)一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发(fā)现了(le)一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之泡泡面膜泡泡越多越脏吗，冒泡面膜是不是泡越多脸越脏一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星泡泡面膜泡泡越多越脏吗，冒泡面膜是不是泡越多脸越脏运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收(shōu)集(jí)，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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