宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)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。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们(men)需要(yào)对(duì)现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正宁缺毋滥愿遇良人什么意思，各位看官 皆遇良人什么意思(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释(sh宁缺毋滥愿遇良人什么意思，各位看官 皆遇良人什么意思ì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的(de)数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以(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(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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