宇宙是(shì)“人为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨偶尔带妆睡一晚没事吧，一次带妆睡一晚没事吧道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)偶尔带妆睡一晚没事吧，一次带妆睡一晚没事吧终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(d偶尔带妆睡一晚没事吧，一次带妆睡一晚没事吧ì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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