宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的40美团的肯德基会员卡收费吗多少钱 肯德基办会员要钱吗0倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在(zài)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(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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