宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)证据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发(fā)现任(rèn)何的(de)有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团咋能把自己弄成小喷泉呢，如何把女朋友弄成小喷泉，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

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

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有咋能把自己弄成小喷泉呢，如何把女朋友弄成小喷泉引力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)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(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可(kě)能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)咋能把自己弄成小喷泉呢，如何把女朋友弄成小喷泉，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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