宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我上海市中心是哪个区最繁华，上海市中心是哪个区？(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

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)元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán上海市中心是哪个区最繁华，上海市中心是哪个区？)究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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