宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎn芹菜榨汁要开水焯一下吗，芹菜榨汁用生的好还是熟的好g)期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果芹菜榨汁要开水焯一下吗，芹菜榨汁用生的好还是熟的好能(néng)够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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