宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)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中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大危楼高百尺的危是什么意思，危楼高百尺的危是什么意思是危险还是高的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征和(hé)第(dì)一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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