宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。年轻人有必要吃鱼油吗，鱼油服用多久要停一停p>

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意(yì)大利(lì)游客(kè)的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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