宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的(de)质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质没有罩子的瑜伽老师，瑜伽老师没带胸罩量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质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(liǎng)边(biān)形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留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(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对(duì)前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物没有罩子的瑜伽老师，瑜伽老师没带胸罩质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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