宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测(c1分钟前刚刚哪里发生了地震è)量了距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之1分钟前刚刚哪里发生了地震(zhī)间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周(1分钟前刚刚哪里发生了地震zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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