宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(买东西有必要等双11吗，618和双11双12哪个便宜de)原(yuán)因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù买东西有必要等双11吗，618和双11双12哪个便宜)上的微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)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(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在(zài)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(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每年的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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