宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现(xiàn)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(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我们最灿烂的烟火总是先坠落是什么歌，最灿烂的烟火总是先坠落是什么歌的歌词所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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