宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léa的负一次方是多少矩阵，a的负一次方是多少线性代数i)彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的(de)质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几十年当a的负一次方是多少矩阵，a的负一次方是多少线性代数中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的(de)用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会(huì)不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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