宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究(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(xīng)轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可(kě)能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。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定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(大肖指哪几个生肖，大肖指哪几个生肖动物dà)部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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