宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引总监和经理哪个大力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在(zài)研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距(jù)离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究(jiū)人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的(de)研(yán)究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(总监和经理哪个大zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了(le)很多(duō)不同的(de)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，它们不参与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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