宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体魔芋为什么没有热量，魔芋粉丝千万别吃多了(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的(de)观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参(cān)与魔芋为什么没有热量，魔芋粉丝千万别吃多了任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一(yī)直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大魔芋为什么没有热量，魔芋粉丝千万别吃多了前提是要先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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