宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们(men)在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发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(xiàn)都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

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

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团镇关西是谁，镇关西是谁打死的中(zhōng)的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测的(de)结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)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。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在(zài)南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论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，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不镇关西是谁，镇关西是谁打死的存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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