宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的巨大(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(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相(xiāng中国内战打了几年，中国内战打了几年时间)对于星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质中国内战打了几年，中国内战打了几年时间和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多(duō)星系(xì)似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng中国内战打了几年，中国内战打了几年时间)相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的动(dòng)力！

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