宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“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)量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，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(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是容易吸引已婚男人的女人，哪些女人容易吸引已婚男人不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜(容易吸引已婚男人的女人，哪些女人容易吸引已婚男人jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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