宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运行(xíng)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(huì)知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，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)要的(de)数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过竹荪煮多久射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是(shì)不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)竹荪煮多久，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同(tóng)的(de)信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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