宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)复活的作者是谁，复活的作者是谁是，在测(cè)量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系复活的作者是谁，复活的作者是谁团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距离(lí)星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的(de)太(tài)阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同(tóng)的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有复活的作者是谁，复活的作者是谁(yǒu)其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的(de)差异(yì)也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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