宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的(de)时(shí)候(hòu)，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人(rén)们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度(dù)的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīn万里长城是秦始皇造的吗，长城是秦始皇修建的吗g)系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(huì)万里长城是秦始皇造的吗，长城是秦始皇修建的吗使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的(de)效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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