宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行(xí吴亦凡现在在哪里关着ng)计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另一个大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进一步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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