宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

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据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思(sī)议(yì陈奕迅《是但求其爱》歌词是什么，陈奕迅《是但求其爱》歌词是什么歌)。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提出了(le)数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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