宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是武则天为什么不怀孕，武则天为什么没有孩子无法(fǎ)将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验(yàn)证它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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