宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

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据此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用珂拉琪涂多了真的会得唇炎吗，唇炎会自愈吗来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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