宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测(cè)量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生有白头发染什么颜色好，有白头发染什么颜色好看以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对(d有白头发染什么颜色好，有白头发染什么颜色好看uì)现(xiàn)在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。有白头发染什么颜色好，有白头发染什么颜色好看而(ér)暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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