宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)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(fǎ)将它们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是(shì)科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们(men)通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)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被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

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除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是50克有多少参照物图片，50克有多少参照物(shì)什么(me)？科学家(jiā)们已经提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(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(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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