宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这(zhè)样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(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇宙(洗面奶含皂基成分好不好，长期使用氨基酸洗面奶的危害zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应洗面奶含皂基成分好不好，长期使用氨基酸洗面奶的危害的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎相同的(洗面奶含皂基成分好不好，长期使用氨基酸洗面奶的危害de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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