宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常40kg是多少斤，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

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

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所(40kg是多少斤suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ40kg是多少斤)中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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