宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、一亿等于10的几次方万，一亿等于10的几次方元冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的(de)力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向心(xīn)加速度(dù)的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的(de)视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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