宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团大(dà)部分(fēn)的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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