宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)刚和别人做完回家能发现吗，刚和别人做完能从外表看出来吗光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射(shè)电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色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(dàn)实际(jì)上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他的(de刚和别人做完回家能发现吗，刚和别人做完能从外表看出来吗)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的(de)差异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能拭目(mù)以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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