宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动速(sù)度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)一方水等于多少升，一方水等于多少升水员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存(cún)在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但(d一方水等于多少升，一方水等于多少升水àn)是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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