宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在(zà中国有多少万兵力，中国有多少万兵力人数i)恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的(de)人们(men)对这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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