宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其日本人知道我们恨他们吗，日本认为中国强大吗"光度学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(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现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是(shì)不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力(lì)！

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