宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系硝酸银的相对原子质量是多少整数，硝酸银的相对原子团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)硝酸银的相对原子质量是多少整数，硝酸银的相对原子速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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