宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有(yǒu)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当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同500克是多少斤等于多少斤，500克是多少斤两。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据(j500克是多少斤等于多少斤，500克是多少斤两ù)收(shōu)集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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