宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星(xī不朽的意思ng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在(zà不朽的意思i)着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一不朽的意思(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互作(zuò)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发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的(de)差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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