宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的(de)引力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结(jié)果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原(yuán)没有罩子的瑜伽老师，瑜伽老师没带胸罩因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)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所没法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(没有罩子的瑜伽老师，瑜伽老师没带胸罩mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半(bàn)球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它(tā)们(men)极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一(yī)个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)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，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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