宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星穿着高跟鞋的女奥特曼，穿红色高跟鞋的奥特曼团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(穿着高跟鞋的女奥特曼，穿红色高跟鞋的奥特曼màn)穿着高跟鞋的女奥特曼，穿红色高跟鞋的奥特曼值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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