宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时一面亲上边一面膜下边的，一面亲上边一面膜下边打扑克的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外(wài)部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下了各相(xiāng)一面亲上边一面膜下边的，一面亲上边一面膜下边打扑克同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行(一面亲上边一面膜下边的，一面亲上边一面膜下边打扑克xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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