宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(b灰姑娘作者是安徒生还是格林ù)到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo灰姑娘作者是安徒生还是格林)达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu灰姑娘作者是安徒生还是格林)力的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得(dé)到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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