宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确(què)定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大拖鞋买刚好的还是大点的 拖鞋有必要买大一码吗的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南(nán)半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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