宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就2016年是什么年是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前(qián)还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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