宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当测量结果出(e的1次方等于什么，e的1次方等于什么函数chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。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(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信e的1次方等于什么，e的1次方等于什么函数(xìn)号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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