宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，娱乐圈睡得最多的女星，娱乐圈中睡男人最多的女明星“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗物质存(cún)在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的(de)地学(xué)实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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