宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的(de)巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)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)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)希望你一切都好是什么意思，只要你好一切都好是什么意思在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也希望你一切都好是什么意思，只要你好一切都好是什么意思会出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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