宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥妥帖还是妥贴，妥帖和妥帖哪个正确(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得妥帖还是妥贴，妥帖和妥帖哪个正确看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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