宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(蜡的熔点是多少度sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象蜡的熔点是多少度的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不(bù)是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)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(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也在以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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