宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

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径向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)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)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的(de)温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒洋槐蜜多少钱一斤，正宗洋槐蜜多少钱一斤子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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