宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。纯棉和内裤莫代尔的哪个好，纯棉和内裤莫代尔有什么不同为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要(yào)的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗(àn)物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存(cún)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(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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