宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其实这些几十块钱的阿富汗玉是真的吗(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得几十块钱的阿富汗玉是真的吗看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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