宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运什么的柳条填合适的词，什么的柳条填空行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速(sù)度的(de)原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对(duì)前景背景分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们(men)所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞什么的柳条填合适的词，什么的柳条填空生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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