宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对于星系团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪(gu敷面膜前要擦水和乳液吗，正确的护肤顺序七步ài)的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力敷面膜前要擦水和乳液吗，正确的护肤顺序七步透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的(de)暗物质比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利(lì)的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(g敷面膜前要擦水和乳液吗，正确的护肤顺序七步èng)新的动力！

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