宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最唐山大地震和汶川大地震哪个严重大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的(de)运动(dòng)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(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建唐山大地震和汶川大地震哪个严重(jiàn)成不久，所以截至目唐山大地震和汶川大地震哪个严重前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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