宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)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(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也(yě)符(fú)合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生五斤等于多少克，五斤等于多少克千克命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正五斤等于多少克，五斤等于多少克千克在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动力！

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