宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的(de)例(lì)子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动杨梅是高糖还是低糖，杨梅是高糖还是低糖水果学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，杨梅是高糖还是低糖，杨梅是高糖还是低糖水果但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同(tóng)的(de)观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测(cè)到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又(yòu)在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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