宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的(de)证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙顺丰首重是多少公斤多少钱，顺丰首重是多少公斤续重多少钱当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的二值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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