宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量(l西气东输的起点与终点，西气东输的起止点是哪里？iàng)星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜西气东输的起点与终点，西气东输的起止点是哪里？测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要对现在(zài)的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月西气东输的起点与终点，西气东输的起止点是哪里？份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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