宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什霍元甲的师傅是谁，李小龙的师父是谁啊么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)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)和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的第(dì)一个(gè)直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一(yī)台新的(de)望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这霍元甲的师傅是谁，李小龙的师父是谁啊(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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