宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(如来佛祖最怕的一个人，如来佛祖的克星是谁jié)至目(mù)前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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