宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其质量的(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)个星系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一种神秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了(le)这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(k粤语顶你个肺是脏话吗，顶你个肺真正意思āi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上(sh粤语顶你个肺是脏话吗，顶你个肺真正意思àng)，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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