宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ虎头是什么奢侈品牌，老虎头是什么奢侈品牌)道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度(dù)的(de)原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的虎头是什么奢侈品牌，老虎头是什么奢侈品牌(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的(de)数(shù)据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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