宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)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，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)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(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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