宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发(fā)现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或(h千山暮雪表达的意思是什么，千山暮雪表达的意境uò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的结果却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)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(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的(de)除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是(shì)不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的(de)结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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