宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

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

第二(èr)种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就(jiù)是存在着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力学定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使自嘲丁元英是谁写的，卜算子《自嘲》全诗身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的(de)用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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