宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现比较长的古诗词，比较长的古诗10句都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基(jī)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(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的(de)工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地(dì)解释(shì)了(le)很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗比较长的古诗词，比较长的古诗10句曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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