宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在(zài)测(cè)量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的(de)质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测(cè)的(de)结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn莫问前程上一句是啥 莫问前程的意思)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中莫问前程上一句是啥 莫问前程的意思，这意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前(qián)还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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