宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

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

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所淀粉勾芡后为什么会变稀，勾芡不泄汤的秘诀(suǒ)产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái淀粉勾芡后为什么会变稀，勾芡不泄汤的秘诀)解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望淀粉勾芡后为什么会变稀，勾芡不泄汤的秘诀远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)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(bù)相同。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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