宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却(què)让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的(de)时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)翩跹和蹁跹的区别，翩跹和蹁跹拼音当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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