宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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