宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。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远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问(二氧化氮溶于水吗 二氧化氮能完全溶于水吗wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动(dòng)力(lì)！

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