宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了(le)一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

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除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时(sh蒂佳婷属于什么档次，蒂佳婷面膜怎么样í)段。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)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，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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