宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威剪子股儿和籰子的意思是什么，剪子股儿是什么基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上剪子股儿和籰子的意思是什么，剪子股儿是什么(shàng)的(de)运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有人(rén)提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质(zhì)的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际剪子股儿和籰子的意思是什么，剪子股儿是什么的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)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“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力(lì)！

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