宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系世界上哪个国家女人最开放也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是(shì)不(bù)同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观(guān)测到(dào)的(de)周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)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(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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