宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域(yù)。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(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到(台湾是省还是市 台湾是省会吗dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到(dào)的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是(shì)一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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