宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结(jié)果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(单亲家庭是什么意思jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的(de)差异(yì)也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数(shù)量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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