宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以科兴是美国的还是中国的(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号(hào科兴是美国的还是中国的)，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力(lì)！

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