宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们(men)发现某些古诗山衔落日浸寒漪，山衔落日浸寒漪的诗意是什么天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的(de)计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观(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道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存(cún)在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)古诗山衔落日浸寒漪，山衔落日浸寒漪的诗意是什么的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时(shí)候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们(men)所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)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(le)一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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