宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常淀粉勾芡后为什么会变稀，勾芡不泄汤的秘诀(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学家(jiā)们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系(x淀粉勾芡后为什么会变稀，勾芡不泄汤的秘诀ì)的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡淀粉勾芡后为什么会变稀，勾芡不泄汤的秘诀(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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