宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和(hé)力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质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(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的差异(yì)也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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