宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的粤语顶你个肺是脏话吗，顶你个肺真正意思实验方式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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