宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量(liàng)一(yī)般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的(de)。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)圣诞节可以同房吗，元旦节可以同房吗数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的圣诞节可以同房吗，元旦节可以同房吗平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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