宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却(què)干腊肉特别硬怎么处理，腊肉太干太硬变软小妙招让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系(xì)的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，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)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎干腊肉特别硬怎么处理，腊肉太干太硬变软小妙招被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么(me)暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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