宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在。姐弟恋一般谁会更粘人，姐弟恋一般谁会更粘人一些科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客(kè)的(de)数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一(yī)个(gè)重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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