宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量中戏明星有哪些明星，中戏明星有哪些名单星系团中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有引力中戏明星有哪些明星，中戏明星有哪些名单定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒(héng)星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行(xíng)了(le)超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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