宇宙是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xián林心如生肖，林心如生肖属什么g)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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