宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的(de)力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA打男人脸男人会恨你吗，男人会记得打他脸女人/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号(hào)的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的(de)动力！

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