宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得(dé)重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是(shì)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(dù)，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

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

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的(de)人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的(de)暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“D开心的笑了是地还是得，开心地笑是什么笑AMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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