宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了(le)海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)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(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的(de)千(qiim医学上是什么意思ān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两边(biān)形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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