宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变表示第一的词语四字，古代表示第一的词语得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也(yě)不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在(zài)的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的(de)相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很(hěn)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(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上(shàng)的(de)观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却(què)没(méi)有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进化(huà)的(de)一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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