宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各(gè)个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了(le)距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)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(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质保温杯突然间不保温了是什么原因呢，保温杯突然间不保温了是什么原因呢相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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