宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàn黑人牙膏创始人，好来牙膏是假货吗g)消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī黑人牙膏创始人，好来牙膏是假货吗)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到(dào)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(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建(ji黑人牙膏创始人，好来牙膏是假货吗àn)成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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