宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在(zài)科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)比玉皇大帝还大的是谁，比玉皇大帝还厉害的是谁找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，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假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们(men)需(xū)要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目比玉皇大帝还大的是谁，比玉皇大帝还厉害的是谁前还(hái)无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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