宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的(de)概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着(zhe)ch2是什么基团，chch3ch3是什么基团人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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