宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论没有罩子的瑜伽老师，瑜伽老师没带胸罩上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的(de)物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qi没有罩子的瑜伽老师，瑜伽老师没带胸罩ú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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