宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)当兵至少要当几年才可以退伍呢，当兵至少当几年才能退伍在(zài)一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的(de)形式(shì)所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是(s当兵至少要当几年才可以退伍呢，当兵至少当几年才能退伍hì)在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利(lì)的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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