宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千(qiān)个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们(men)可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之情人把你拉黑了还有必要联系吗，婚外情拉黑是彻底分手吗一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发(fā)现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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