宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

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

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)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(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭(ni揆诸当下的意思是什么，揆诸当下读音ǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对(duì)银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们揆诸当下的意思是什么，揆诸当下读音只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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