宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了(le)超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物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(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)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(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算(suà中国有多少万大军，中国多少万兵力n)，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度(dù)远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，中国有多少万大军，中国多少万兵力那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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