宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的(de)速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(sh小小心意,不成敬意请笑纳，小小心意 不成敬意是什么意思í)的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质(zhì)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)理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除(chú)了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的(de)差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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