宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)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(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗(手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图àn)物(wù)质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当手指头在里边怎么动，扣自己的正确手势图中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、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(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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