宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系的气无以言表的意思是什么意思，无以言表的意思是什么解释体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实这些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的(de)天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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