宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

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1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

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

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以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(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)警察扫黄为什么很少去大酒店，警察会去星级酒店扫黄吗照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合(hé)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(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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