宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一揆诸当下的意思是什么，揆诸当下读音定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的(de)数(shù)据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同(tón揆诸当下的意思是什么，揆诸当下读音g)的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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