宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)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(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们(men)早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不(bù)到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效(xiào)应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng1分米等于多少米，1分米等于多少米厘米)望远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他(tā)的(de)情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了。但是由于这(zhè)个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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