宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围(wéi)。

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

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们(men)通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)卫生委员的职责有哪些内容，卫生委员的职责有哪些呢的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按照我们(men)所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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