宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何(hé)的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，洋槐蜜多少钱一斤，正宗洋槐蜜多少钱一斤那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系洋槐蜜多少钱一斤，正宗洋槐蜜多少钱一斤不多，但(dàn)是星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是(shì)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(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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