宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去的(de)几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中(zhōng反射弧包括哪五个部分，反射弧包括哪五个部分顺序)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发(fā)现了(le)一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学(xué)定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用(yòng)就会反射弧包括哪五个部分，反射弧包括哪五个部分顺序导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度(dù)会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，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(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动力！

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