宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星(xīng)的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了(le)，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星发字有几画，发字有几画五行什么系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)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诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的(de)一(yī)个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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