宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的(de)研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更1页是一面还是两面啊，1页是一张还是一面遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的(de)发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这(zhè)个(gè)过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)1页是一面还是两面啊，1页是一张还是一面实际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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