宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒(héng)星(xīng)数(shù)量却(què)只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团(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(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的(de)数(shù)量也符(fú)合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后(h大肖指哪几个生肖，大肖指哪几个生肖动物òu)的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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