宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于(yú)星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大(dà)于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被家用炒菜锅生铁好还是熟铁好，铸铁锅和生铁锅哪个对身体好(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了(le)各(gè)相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的(de)周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期的规(guī)律。

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所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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