宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大(dà)的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和十二生肖中张牙舞爪是哪些动物星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创十二生肖中张牙舞爪是哪些动物造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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