宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行50倍防晒霜能防晒多久，50倍防晒霜能防晒多久时间轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质50倍防晒霜能防晒多久，50倍防晒霜能防晒多久时间量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到的(de)周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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