宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，一二大写字怎么写千，大写的壹贰叁到十太阳系(xì)的(de)运行(xíng一二大写字怎么写千，大写的壹贰叁到十)速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多人认为暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了(le)很多(duō)不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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