宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几(jǐ)决别和诀别哪个是对的意思，诀别和决别是什么意思乎保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德(dé)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(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了(le)数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能决别和诀别哪个是对的意思，诀别和决别是什么意思(néng)是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台(tái)新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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