宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén500克是多少斤等于多少斤，500克是多少斤两)秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那(nà)么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解(jiě)释(shì)的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)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(le)这(zhè)个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)500克是多少斤等于多少斤，500克是多少斤两磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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