宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超中秋节月饼的古诗10首，关于中秋节月饼的诗大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也(yě)在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一(yī)步的(de)证实(shí)，那(nà)么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是中秋节月饼的古诗10首，关于中秋节月饼的诗我(wǒ)更新的动力(lì)！

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