宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光(guā50g是几两 50g是一两吗ng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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