宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。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(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看三件套是哪三件不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù三件套是哪三件)作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号(hào)的(de)差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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