宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)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(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成733是什么意思了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方733是什么意思向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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