宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道岳飞是哪个朝代的人，岳飞是哪个朝代的皇上出现异(yì)常，不(bù)符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动(dòng)速(sù)度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)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(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意(yì)味岳飞是哪个朝代的人，岳飞是哪个朝代的皇上着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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