宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后孕妇一天吃几个山竹，孕妇一天吃几个山竹比较好(hòu)发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不(bù)同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。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)河系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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