宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系姐姐分手了安慰姐姐的一段话，姐姐失恋该怎么安慰她的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家姐姐分手了安慰姐姐的一段话，姐姐失恋该怎么安慰她们已经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而(ér)在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的(de)证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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