宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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