宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)中国最早的朝代，中国最早的皇帝是谁数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

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据此，兹维基提(tí)出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同(tóng)。在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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