宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì睡午觉和不睡午觉有什么区别，为什么不爱午睡的孩子智商高)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样(yàng)部分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距睡午觉和不睡午觉有什么区别，为什么不爱午睡的孩子智商高离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验睡午觉和不睡午觉有什么区别，为什么不爱午睡的孩子智商高(yàn)方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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