宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却(què)没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家(jiā)们(men)发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据(j莫代尔与粘纤区别 莫代尔是粘纤的一种吗ù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却(què)只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超莫代尔与粘纤区别 莫代尔是粘纤的一种吗大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间莫代尔与粘纤区别 莫代尔是粘纤的一种吗的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不(bù)同的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物质的(de)本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么(me)？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提(tí)出了(le)数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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