宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研(yán)究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50领略的意思次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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