宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)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，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的区域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng刚和别人做完回家能发现吗，刚和别人做完能从外表看出来吗)这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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