宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团衣服为什么晾完会臭，衣服为什么晾完会臭呢之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或(h衣服为什么晾完会臭，衣服为什么晾完会臭呢uò)者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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