宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后肠粉用什么粉做最好，肠粉一般用什么粉做的的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸肠粉用什么粉做最好，肠粉一般用什么粉做的(xī)光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量区(qū)域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫“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粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得肠粉用什么粉做最好，肠粉一般用什么粉做的(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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