宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，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可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据，一般动画一秒多少帧，逐帧动画一秒多少帧这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)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(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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