宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。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(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wè地铁的时速一般是多少公里，地铁的时速一般是多少码i)是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米地铁的时速一般是多少公里，地铁的时速一般是多少码处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期(qī)信(xìn)号的(de)差(chà)异(yì)也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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