宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的证据(jù)，科(kē)学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄(sh别急老师今天晚上随你弄，别急老师来满足你è)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近(jìn)没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德别急老师今天晚上随你弄，别急老师来满足你理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一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(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。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(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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