宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ在沙特打工一年挣多少钱，到沙特打工工资高吗)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部(bù)分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)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(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新的(de)望在沙特打工一年挣多少钱，到沙特打工工资高吗(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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