宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的(de)数据是(shì)测量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离顶的速度越来越快越叫的原因，顶的速度越来越快过程(lí)中(zhōng)心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力(lì)的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通(tōng顶的速度越来越快越叫的原因，顶的速度越来越快过程)过什(shén)么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远顶的速度越来越快越叫的原因，顶的速度越来越快过程(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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