宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样(yàng)部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，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(de)存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(s富士康漂亮女生一般分到哪里，富士康女生一般分到哪个岗位ù)度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。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(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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