宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

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

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味护舒宝液体卫生巾是什么黑科技，液体卫生巾的弊端着我(wǒ)们(men)需要对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力护舒宝液体卫生巾是什么黑科技，液体卫生巾的弊端，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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