宇宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质一般上大一是多少岁，大一是多少岁哪年的(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了(le)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物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发一般上大一是多少岁，大一是多少岁哪年的(fā)现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn一般上大一是多少岁，大一是多少岁哪年的)速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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