宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数向华强敢惹霍家吗，向华强和霍家哪个厉害据是测(cè)量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质量所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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