宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测量星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的(de)结(jié)果(guǒ)却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(z熊二变成僵尸了，光头强被僵尸咬了hà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)熊二变成僵尸了，光头强被僵尸咬了例是一致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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