宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不新字的繁体字有几画，新的繁体字是几画(bù)是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连(lián)通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成这种年(niá新字的繁体字有几画，新的繁体字是几画n)度周期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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