宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万(wàn)有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，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(fā)现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来(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(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的(de)方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做女生体香在哪个部位最浓，体香被异性闻到暗示什么MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的(de)地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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