宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力(lì)的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要(yào)对(duì)现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其(qí)他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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