宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的(de)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“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分黄喉要煮多久，黄喉要煮多久才能熟火锅的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天体可能是(shì)超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质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要(yào)先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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