宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā相亲对象不回消息算拒绝吗，相亲女拒绝你一般有三种暗示)雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的第(dì)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行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一(yī)个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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