宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符(fú)合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的(de)附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)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(zhōng)第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里略备薄酒的意思下一句，略备薄酒的读音/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物略备薄酒的意思下一句，略备薄酒的读音(wù)质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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