宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物蒸馒头开锅多少分钟熟透，蒸馒头开锅多少分钟熟透了质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的(de)方(fāng)式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上(shàng)的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方(fāng)法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)蒸馒头开锅多少分钟熟透，蒸馒头开锅多少分钟熟透了过暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更新的(de)动力！

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