宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度学的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)学生党如何自W，如何自我安抚、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能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(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的(de)其(qí)他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)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6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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