宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)使我不得开心颜上一句是什么就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，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(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、使我不得开心颜上一句是什么湿(shī)度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器(qì)的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力(lì)！

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