宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力雨水像从盆里泼出来一样比喻雨大势急的四字词语 形容下暴雨的四字词语(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种(雨水像从盆里泼出来一样比喻雨大势急的四字词语 形容下暴雨的四字词语zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科(kē)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(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质(zhì)会(huì)不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的(de)大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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