宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的(de)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(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过(gu李宇春的现任丈夫是谁ò)什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段(duàn)。而(ér)在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的(de)实(shí)验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室李宇春的现任丈夫是谁粒(lì)子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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