宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过(guò)射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越三角形的边长公式小学，等边三角形的边长公式着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力(lì)！

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