宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系(xì)团的(de)质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，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(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的(de)普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它(tā)们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(n共享充电宝最高1小时10元，共享充电宝怎么申请投放ián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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