宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存(cún)在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心(两只小兔子吸红肿了，两只头头被吸肿了xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe两只小兔子吸红肿了，两只头头被吸肿了)我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号(hào)的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(两只小兔子吸红肿了，两只头头被吸肿了zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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