宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tà吉H是哪里的车牌号，吉h是哪个城市的车牌i)阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任吉H是哪里的车牌号，吉h是哪个城市的车牌何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在(zài)的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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