宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的(de)另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过电流单位1a等于多少毫安，电流1a等于多少mah了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建立了(le)一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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