宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(标准大气压和常温常压，常温下的标准大气压zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却(què)让(ràng)人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)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(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿(chuān标准大气压和常温常压，常温下的标准大气压)越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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