宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了(le)，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是(偷吃别人的屎犯法吗，偷吃别人的屎违法吗shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物质(zhì)和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了偷吃别人的屎犯法吗，偷吃别人的屎违法吗(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什(shén)么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，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(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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