宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在红楼梦多少字数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)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(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提红楼梦多少字出了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)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(me)小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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