宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(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(tiān)文学家还发(fā)现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

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所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力(lì)的(de)理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系(x哥呀是什么鱼怎么叫 戈雅鱼是淡水鱼吗ì)团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。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是一(yī)致的，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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