宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验证它的(de)质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的高铁允许携带多少香烟，高铁有规定可以带多少烟倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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