宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相对(duì)于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短)相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)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(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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