宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)n是正极还是负极，L是正极还是负极量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物n是正极还是负极，L是正极还是负极质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fn是正极还是负极，L是正极还是负极ēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域，但(dàn)实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的(de)动力(lì)！

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