宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎn把酒言欢下一句是什么意思，把酒言欢下一句是什么问君能有几多愁g)后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游客的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一个(gè)重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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