宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它(多思善妒是什么意思，古代善妒是什么意思tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和(hé)力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)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(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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