宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的(de)普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个(gè)简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的(de)事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对晚上睡觉抹护肤品好还是不好，晚上睡觉抹护肤品好还是不好于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，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素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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