宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去(qù)的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动(d蒙口是什么档次，蒙口是什么档次的牌子òng)速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提出(chū)，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图(tú)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(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也(y蒙口是什么档次，蒙口是什么档次的牌子ě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系(xì)的(de)平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客的数(shù)量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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