宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存(cún)在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果科兴是美国的还是中国的，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团(tuán)的(de)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(de)相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过(guò)什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本(běn)身并不(b科兴是美国的还是中国的ù)是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)科兴是美国的还是中国的，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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