宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书1千克水等于多少毫升水，一1升水等于多少毫升中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

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

第二种是动力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提出了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供(gōng)的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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