宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗，菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗)中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上来(lái)说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，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(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗，菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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