宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体通过100块钱值多少美元，100美元是几百元钱引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距(jù)离(lí)的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质100块钱值多少美元，100美元是几百元钱背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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