宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多(duō)不同的(de)观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号(hào结婚以后他那个越来越大了)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò结婚以后他那个越来越大了)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yá结婚以后他那个越来越大了n)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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