宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数(shù)据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)2018年中秋节是几月几号，2018年中秋节是哪一天阳历的(de)太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的(de)其(qí)他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的(de)大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器2018年中秋节是几月几号，2018年中秋节是哪一天阳历提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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