宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对(duì)于(yú)星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们(men物尽其才人尽其用是什么意思，人尽其用打一生肖)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。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(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中(zhōng)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。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的(de)急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

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除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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