宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了(le)海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和我们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙玛丽黛佳是哪个国家的品牌，玛丽黛佳是什么档次空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)玛丽黛佳是哪个国家的品牌，玛丽黛佳是什么档次中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子(zi)，它玛丽黛佳是哪个国家的品牌，玛丽黛佳是什么档次(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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