宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗一本书多重，一本书多重有一斤吗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不一本书多重，一本书多重有一斤吗屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会(huì)沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的一本书多重，一本书多重有一斤吗(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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