宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次压缩面膜蚕丝和纯棉的哪个好用，压缩面膜哪个牌子好用出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的(de)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室(s压缩面膜蚕丝和纯棉的哪个好用，压缩面膜哪个牌子好用hì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到(dà压缩面膜蚕丝和纯棉的哪个好用，压缩面膜哪个牌子好用o)完(wán)全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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