宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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