宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

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

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的双曲线虚轴的位置，双曲线虚轴有什么意义(de)速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(双曲线虚轴的位置，双曲线虚轴有什么意义tóng)的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中双曲线虚轴的位置，双曲线虚轴有什么意义心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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