宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了(le)距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解(jiě)释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的(de)其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“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(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我们需要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运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论框架(jià中国有多少万大军，中国多少万兵力)，就很好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物中国有多少万大军，中国多少万兵力质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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