宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不(bù)到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球一般墓地种多少棵柏树吉利，墓地一般种几棵柏树好大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的规模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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