宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)3尺是多少厘米，3尺3是多少厘米们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是理论3尺是多少厘米，3尺3是多少厘米上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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