宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

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

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè女生为什么不能光膀子，为什么女人不能光膀子)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来(lái)验证(zhèn女生为什么不能光膀子，为什么女人不能光膀子g)它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出(chū)了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合(hé)这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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