宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的(de)研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙200克等于多少毫升水，200克是多少ml水当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出(chū)了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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