宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思(sī)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)牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ家用炒菜锅生铁好还是熟铁好，铸铁锅和生铁锅哪个对身体好)解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与家用炒菜锅生铁好还是熟铁好，铸铁锅和生铁锅哪个对身体好任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(du家用炒菜锅生铁好还是熟铁好，铸铁锅和生铁锅哪个对身体好àn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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