宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市的发(fā)现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普通(tōng)质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)汴州是现在的什么地方，汴州是指今天的什么城市一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客的数(shù)量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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