宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到(dào)星系(xì)或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果(guǒ)却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物西方的几何学来源于什么的勾股之学，认为西方的几何学来源于什么的勾股之学(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释了(le)很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的西方的几何学来源于什么的勾股之学，认为西方的几何学来源于什么的勾股之学粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的(de)科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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