宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的手指的速度越快声音越大，撞得越快叫的声音越，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的(de)区(qū)域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重要因手指的速度越快声音越大，撞得越快叫的声音越素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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