宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存(cún)在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)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的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(现在泰山顶上的温度大约是多少度呢，现在泰山山顶的温度有多少？xīng)系团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在(zài)星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)现在泰山顶上的温度大约是多少度呢，现在泰山山顶的温度有多少？很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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