宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文(wén)成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的为什么公鸡不能炖汤，公鸡汤和母鸡汤的区别(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对(duì)前景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出(chū)了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼为什么公鸡不能炖汤，公鸡汤和母鸡汤的区别”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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