宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)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(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎(hū)保大肖指哪几个生肖，大肖指哪几个生肖动物持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也(yě)不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的(de)附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公大肖指哪几个生肖，大肖指哪几个生肖动物里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(大肖指哪几个生肖，大肖指哪几个生肖动物qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的(de)结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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