宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对(duì)引力的(de)理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在(zài)的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两(上尉是什么级别，上尉是连长还是营长liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)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，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我上尉是什么级别，上尉是连长还是营长(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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