宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们戴自动蝴蝶去上班感受，被要求带着玩具上班在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

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于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根戴自动蝴蝶去上班感受，被要求带着玩具上班(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的(de)除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则(zé)是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对(duì)现在的(de)物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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