宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(什么叫人文关怀，人文关怀体现在哪些方面fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发(什么叫人文关怀，人文关怀体现在哪些方面fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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