宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们(men)对这样的一种(z修行靠个人的上一句是什么意思，修行靠个人下一句hǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)修行靠个人的上一句是什么意思，修行靠个人下一句发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么(me)来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的(de)，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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