宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异(yì)了。诸葛亮决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁，决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁说出来的

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài诸葛亮决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁，决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁说出来的)观(guān)测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)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(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在(zài)的(de)物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，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)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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