宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，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(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)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信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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