宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗讳疾忌医的故事简短，讳疾忌医的故事和寓意物质”这个词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)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(de)速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ讳疾忌医的故事简短，讳疾忌医的故事和寓意)截至目(mù)前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)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(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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