宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在e的1次方等于什么，e的1次方等于什么函数星系(xì)团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持(chí)不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

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于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离(lí)星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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