宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果1ma等于多少a，1ua等于多少aMOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)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)什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经过(guò)了(le)130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)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”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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