宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(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(xiān)女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的(de)增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在中国最早的朝代，中国最早的皇帝是谁中间(jiān)呢？前不久，詹姆中国最早的朝代，中国最早的皇帝是谁(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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