宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异(y太监割掉的是哪些部位，古代太监是割掉鸡还是蛋ì)常的结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的太监割掉的是哪些部位，古代太监是割掉鸡还是蛋存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一样。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接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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