宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验(yàn)，但是(shì)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(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望(wàng)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质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰一个人去巴基斯坦安全吗，中国人去巴基斯坦安全不(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区(qū)域(yù)。那(nà)么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和一个人去巴基斯坦安全吗，中国人去巴基斯坦安全不第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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