宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了(le)，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

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在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心(xīn)的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们(men)看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的(de)质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

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所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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