宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力(l王宝强身价多少亿，马蓉分了王宝强多少家产ì)效应将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì王宝强身价多少亿，马蓉分了王宝强多少家产)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，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(men)需(xū)要的暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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