宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)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，在测量速度水密码这个牌子靠谱吗，水密码这个牌子怎么样的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着水密码这个牌子靠谱吗，水密码这个牌子怎么样地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的(de)用途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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