宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任(rèn)何(hé)的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，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它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更远距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MO小荷才露尖尖角是什么意思小荷指的是什么，小荷才露尖尖角是什么意思污ND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的(de)相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地(dì)学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的(de)动力！

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