宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没(méi)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(zì)然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利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(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还(hái)发(fā)现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)猫踩奶是认主人了吗，猫咪频繁踩奶是在暗示什么力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科(kē)学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进猫踩奶是认主人了吗，猫咪频繁踩奶是在暗示什么化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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