宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存(cún)在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后1千克水等于多少毫升水，一1升水等于多少毫升在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正(zhèng)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，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

1千克水等于多少毫升水，一1升水等于多少毫升>

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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