宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的(de)天体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去马云移民到哪国籍的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观(guān)测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zh马云移民到哪国籍ōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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