宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(戴自动蝴蝶去上班感受，被要求带着玩具上班lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)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(men)上升到(dào)星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)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(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间(戴自动蝴蝶去上班感受，被要求带着玩具上班jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其(qí)他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，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(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)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(tài)阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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