宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行远则怨近则不逊是什么意思解释，远则怨,近则不逊轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量(liàng)了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不远则怨近则不逊是什么意思解释，远则怨,近则不逊符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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