宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量一里地等于多少米 一里地等于多少公里超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时(shí)候，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差(chà)异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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