宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"已婚男人睡完你后的心态，已婚男的得到你一次之后，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室(shì)是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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