宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应千帆竞发的意思是什么意思，千帆竞发下一句是什么的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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