宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)软化和拉直哪个持久，为啥头发软化了一洗就不直了星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域(yù)。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快的时软化和拉直哪个持久，为啥头发软化了一洗就不直了段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视(shì)野(yě)是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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