宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的(圣诞节可以同房吗，元旦节可以同房吗de)运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。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星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景圣诞节可以同房吗，元旦节可以同房吗背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们(men)需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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