宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更(gèng水晶有灵性是不是迷信，水晶是辟邪还是招鬼)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)水晶有灵性是不是迷信，水晶是辟邪还是招鬼个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样(yàng)的(de)星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)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(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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