宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实(shí)验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，撒贝宁个人资料简历在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单(dān)的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们(men)不(bù)参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是撒贝宁个人资料简历(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力(lì)！

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