宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(j乌鲁木齐海拔多少米高ù)大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所没(méi)法解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)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(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)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(jǐng)上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)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架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发乌鲁木齐海拔多少米高(fā)现，除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期(qī)性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，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)水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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