宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星三角形的边长公式小学，等边三角形的边长公式系团的(de)质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样(yàng)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(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)三角形的边长公式小学，等边三角形的边长公式些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们通过对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，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，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野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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