宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提将军三箭定天山指的是谁定天下，将军三箭定天山说的是哪位历史人物出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)将军三箭定天山指的是谁定天下，将军三箭定天山说的是哪位历史人物当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的(de)数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的(de)望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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