宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产生的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射(shè)电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的(d新郎自己睡过的床能当婚床吗，结婚前老公自己睡的床要换吗e)详细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，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(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个新郎自己睡过的床能当婚床吗，结婚前老公自己睡的床要换吗过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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