宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(踢足球可以长高个子吗，为什么踢足球的个子矮de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果踢足球可以长高个子吗，为什么踢足球的个子矮却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，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)家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进踢足球可以长高个子吗，为什么踢足球的个子矮(jìn)一步的(de)证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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