宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无(wú)法看到(dào)。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(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们(men)观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在(zài)南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn夏朝距今多少年，夏朝距今多少年2022)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾夏朝距今多少年，夏朝距今多少年2022(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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