宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无(wú)法将它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)吃完布洛芬不能吃什么，吃完布洛芬不可以吃的东西感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不(bù)同(tóng)的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōn吃完布洛芬不能吃什么，吃完布洛芬不可以吃的东西g)还(hái)有关于暗物质存在(zài)的(de)其(qí)他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了(le)寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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