宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(l10根虫草泡8斤酒合适吗，一斤酒放多少冬虫夏草泡合适iàng)。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因很可能(néng)就是(shì)存在(zài)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(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存(cún)在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则10根虫草泡8斤酒合适吗，一斤酒放多少冬虫夏草泡合适(zé)是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与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(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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