宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速(一文钱等于多少人民币，一贯钱相当于现在多少钱sù)度上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附(fù)近没(m一文钱等于多少人民币，一贯钱相当于现在多少钱éi)有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力！

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