宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dà现实中真的可以把人玩坏吗o)的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的(de)物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前(q现实中真的可以把人玩坏吗ián)的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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