宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会使用一(yī)种相对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯500克是多少斤等于多少斤，500克是多少斤两一可以解释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其(qí)他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了(le)什(shén)么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系(xì)当中恒(héng)星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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