宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系(xì)团中的(de)各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)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(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万一美元等于多少美分,美元和美分的符号，一美元等于多少钱的人民币(wàn)光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对一美元等于多少美分,美元和美分的符号，一美元等于多少钱的人民币彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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