宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量(liàng)各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质唯物主义者和唯心主义者什么意思，唯心主义者是啥(zhì)量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ唯物主义者和唯心主义者什么意思，唯心主义者是啥)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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