宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗当兵的家暴几率大吗，当过兵的人会家暴吗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测量了(le)距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力(lì)效应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这当兵的家暴几率大吗，当过兵的人会家暴吗样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测(cè)的(de)时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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