宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(更岁交子是什么意思，古代交子是什么意思lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和(hé)力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(更岁交子是什么意思，古代交子是什么意思wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前(qián)还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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