宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的(de)距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算(suàn)在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需(xū)要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来在办公室做剧烈运动，卫生间做剧烈运动验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙在办公室做剧烈运动，卫生间做剧烈运动微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)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(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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