宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的(de)质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

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径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是(shì)不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力(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arctan0等于多少派，arctan0等于多少兀怎么算的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(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(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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