宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)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，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们(men)观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，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，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星(xīng)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(hé)银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相中国人去巴基斯坦安全吗互作用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存在的其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释(中国人去巴基斯坦安全吗shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果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证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)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(tàn)测器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的(de)周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的动力！

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