宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们(men)的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)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，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些大闸蟹几月份开始上市，大闸蟹几月份最好吃发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们(men)需(xū)要(yào)的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的大闸蟹几月份开始上市，大闸蟹几月份最好吃(de)实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会(huì)与(yǔ大闸蟹几月份开始上市，大闸蟹几月份最好吃)常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除了一个(gè)地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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