宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没(méi)有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(rx550相当于什么显卡，rx580相当于什么显卡ér)且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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