宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次(cì)的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离星(xīng)系(xì云南属于南方还是北方，云南属于南方还是北方人)中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系(xì)也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐn)入了云南属于南方还是北方，云南属于南方还是北方人外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)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(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)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(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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