宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需狼性文化是什么意思，狼的精神经典十六字要对(duì)现在(zài)的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的(de)气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发现它的大(dà)质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)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(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的(de)方向是(shì)一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的(de)运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的(de)信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一(yī)个(gè)关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不(bù狼性文化是什么意思，狼的精神经典十六字)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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