宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们乐福鞋按什么鞋码买，乐福鞋不适合什么人穿在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的(de)人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结(jié)果却(què)让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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