宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据(jù)。除(chú)了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质颗粒状藕粉是假的吗，十块钱一罐的藕粉能吃吗，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理(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(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下(xià)了(le)各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系当中(zhōng)颗粒状藕粉是假的吗，十块钱一罐的藕粉能吃吗恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要(yào)的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能(néng)有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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