宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个星系一周期是什么意思是多少天相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过一周期是什么意思是多少天什(shén)么来验(yàn)证它的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，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(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意一周期是什么意思是多少天(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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