宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙伊拉克是不是被灭国了当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会(huì)产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，伊拉克是不是被灭国了它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存伊拉克是不是被灭国了在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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