宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测数学中e等于多少，高中数学中e等于多少(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所数学中e等于多少，高中数学中e等于多少(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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