宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差(chà)异(yì)也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味一个鹅蛋的热量是多少 一个鹅蛋等于几个鸡蛋(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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