宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的(de)原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都(dōu)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(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的中国和哪国通婚最多，嫁中国人最多的国家数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù中国和哪国通婚最多，嫁中国人最多的国家)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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