宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，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(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，虎眼石怎么辨别真假，虎眼石什么人不能戴“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理解还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物(wù)质则直接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表示温度(dù)较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前(qián)还(hái)无法提(tí)供(gōng)相应的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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