宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远姜子牙活了多少岁恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，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(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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