宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存熊二变成僵尸了，光头强被僵尸咬了在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的熊二变成僵尸了，光头强被僵尸咬了存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过(guò)什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(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(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野(yě)是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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