宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗糯糯是什么意思，糯糯的说一句什么意思物(wù)质(zhì)，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了(le)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的(de)动力！

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