宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱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。当测(cè)量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

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所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前(qián)的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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