宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成(嬉水与戏水的意思，婷婷荷花鱼戏水的意思e='color: #ff0000; line-height: 24px;'>嬉水与戏水的意思，婷婷荷花鱼戏水的意思chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的(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)样极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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