宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各(gè)个(gè)星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的(de)实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(k谨以此文是什么意思，谨以此文用在哪里uān)视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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