宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们(men)在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(l崤什么时候读yao佳肴，崤什么时候读ùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高崤什么时候读yao佳肴，崤什么时候读清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不崤什么时候读yao佳肴，崤什么时候读存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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