宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)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(àn)物质一句话气死嫉妒你的人，嫉妒心太重的人一般是怎样的人”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。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会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发(fā)现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望一句话气死嫉妒你的人，嫉妒心太重的人一般是怎样的人远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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