宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照千树万树梨花开的上一句是什么，千树万树梨花开的上一句是什么古诗(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到(dào)的(de)周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的千树万树梨花开的上一句是什么，千树万树梨花开的上一句是什么古诗主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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