宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星古诗《画》的作者是谁？哪个朝代人，画的作者是哪个朝代的诗人(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)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(men)大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系(xì)的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候，发现它的古诗《画》的作者是谁？哪个朝代人，画的作者是哪个朝代的诗人大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建立(lì)了(le)一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验室是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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