宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。漠北是现在的哪里，明朝的漠北是现在的哪里从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(z漠北是现在的哪里，明朝的漠北是现在的哪里he)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运漠北是现在的哪里，明朝的漠北是现在的哪里(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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