宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)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大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测(cè)量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的(de)力(lì)量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可口可乐的创始人是谁，雪碧创始人是谁可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科学(xué)家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这样(yà可口可乐的创始人是谁，雪碧创始人是谁ng)的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力！

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