宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们(写照的意思 写照是什么词性men)发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定(dìng)律(l写照的意思 写照是什么词性ǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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