宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被(bèi拇指到食指一扎是几厘米，一扎几厘米？)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部(bù)分的(de)普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的拇指到食指一扎是几厘米，一扎几厘米？(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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