宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量(liàng)都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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