宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去(qù)的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范女生有感觉了是怎么样的呢围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测(cè)量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则(zé)是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间区(qū)域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了很(hěn)多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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