宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了(le)一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)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(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，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(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建立(lì)了在太空呼吸一口会怎么样，外太空呼吸是什么感觉一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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