宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光庸人自扰之前一句意思是什么天下本无事，世上本无事庸人自扰之是什么意思的(de)形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却(què)让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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