宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

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(gè)星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见光的(de)形式(shì)所存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(纳粹分子是什么意思wēi)波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例纳粹分子是什么意思(lì)是一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单纳粹分子是什么意思(dān)的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的(de)望远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)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(de)一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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