宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系苏州是几线城市呢(xì)中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)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(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还(hái)不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通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，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)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(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大(dà)的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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