宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的两丈等于多少米(de)质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的(de)区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看两丈等于多少米不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太(tà两丈等于多少米i)空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的(de)视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个(gè)关(guān)键的(de)用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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