宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现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(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由数(shù)千个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相对(duì)于星系(xì)团的(de)运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区域(yù)到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加自家养一只人工苏卡达违法吗，养了10年的苏卡达算犯法吗，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产生周期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)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(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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