宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进(jì都没戴口罩2米安全吗，不戴口罩2米的距离安全吗n)行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期都没戴口罩2米安全吗，不戴口罩2米的距离安全吗的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力！

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