宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的(de)各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dà泰国相当于中国的哪个省，泰国等于中国哪个省o)不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有银(yín)河系的(de)千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)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(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力(lì)！

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