宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做A凉风席席的是什么意思，凉风席席是成语吗gc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的(de)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、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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