宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无(wú)法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的(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，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。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(shù)字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)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。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的(de)数(shù)量也符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)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)证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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