宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的(de)附(fù)近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在(zài)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质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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