宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙(xiān)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(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/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，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(li北京北站属于哪个区 北京北站在地铁几号线？àng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量都(d北京北站属于哪个区 北京北站在地铁几号线？ōu)在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰值(zhí北京北站属于哪个区 北京北站在地铁几号线？)的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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