宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中(zhō隶书蚕头燕尾一波三折图解，蚕头燕尾一波三折是什么书体ng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算(suàn)在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参(cān)与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年隶书蚕头燕尾一波三折图解，蚕头燕尾一波三折是什么书体的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个(gè)几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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