宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng蜂王浆吃了容易得癌，蜂王浆吃出一身病)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(y蜂王浆吃了容易得癌，蜂王浆吃出一身病uǎn)镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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