宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)这都有水了还说不想要，啊怎么这么多水啊光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者这都有水了还说不想要，啊怎么这么多水啊是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的(de)部(bù)分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)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(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的(de)证据(jù)了(le)。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)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(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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