宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用虾青素精华液适合什么年龄段，用虾青素擦脸一年后光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所需要的(de)实(shí)验(yàn)方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实(shí)虾青素精华液适合什么年龄段，用虾青素擦脸一年后验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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