宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它(tā)们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些为什么白洞比黑洞恐怖，白洞和黑洞哪个更可怕现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记之后发为什么白洞比黑洞恐怖，白洞和黑洞哪个更可怕现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应该是(shì)这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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