宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上升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(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式晚上睡觉抹护肤品好还是不好，晚上睡觉抹护肤品好还是不好所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一晚上睡觉抹护肤品好还是不好，晚上睡觉抹护肤品好还是不好个(gè)直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)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(kě)以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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