宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的(de)质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)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(gè)星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并10根虫草泡8斤酒合适吗，一斤酒放多少冬虫夏草泡合适不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上10根虫草泡8斤酒合适吗，一斤酒放多少冬虫夏草泡合适(shàng)，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的(de)中间区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质10根虫草泡8斤酒合适吗，一斤酒放多少冬虫夏草泡合适存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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