宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应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(lì)量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng没事吃点护肝片好不好，女人吃护肝片的好处)、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(没事吃点护肝片好不好，女人吃护肝片的好处zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(没事吃点护肝片好不好，女人吃护肝片的好处zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实(shí)验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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