宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的(de)除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就(jiù)会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大(dà)前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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