宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高自行惭秽的意思是什么意思，自行惭秽意思是什么的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达(dá)自行惭秽的意思是什么意思，自行惭秽意思是什么到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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