宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)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(xī)引它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(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)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模迪卡侬属于什么档次，迪卡侬哪个国家的牌子(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出(chū)了(le)数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的(de)年(nián)度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的(de)差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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