宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对(duì)这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系足疗买钟出去是睡觉吗，怎么跟宾馆前台说要服务存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的(de)理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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