宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这就意味着(日本还有能力侵华吗，日本敢不敢侵略中国zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利(lì)游客(kè)的(de)数量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结果，我们只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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