宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种索尼是哪个国家的品牌，索尼是哪个公司的隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越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(guǐ)道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人(rén)类索尼是哪个国家的品牌，索尼是哪个公司的对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面(miàn)，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(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了(le)很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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