宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们(men)通过什么(me)来(lái)验证它(tā)的(de)质量区域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都肠粉用什么粉做最好，肠粉一般用什么粉做的是一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么肠粉用什么粉做最好，肠粉一般用什么粉做的如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异(yì)也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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