宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却(què)占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的戊时是几点，戊时是几点到几点钟的时旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外戊时是几点，戊时是几点到几点钟的时，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体戊时是几点，戊时是几点到几点钟的时会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是(shì)不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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