宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)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%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人(rén)们(men)对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

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于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心(xīn)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(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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