宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没(méi)有发(fā)现任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万有小明王是谁的后代 小明王是男是女引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的(de)暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是(shì)科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实验，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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