宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至贵妇膏晚上可以涂着睡觉吗，贵妇膏晚上用还是白天用目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)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(qí)中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后贵妇膏晚上可以涂着睡觉吗，贵妇膏晚上用还是白天用的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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