宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它15英寸等于多少厘米 15英寸等于多少寸的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系(xì)的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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