宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就硝酸银的相对原子质量是多少整数，硝酸银的相对原子会越慢。但是(shì)他们观测(cè)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(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解(j硝酸银的相对原子质量是多少整数，硝酸银的相对原子iě)的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的(de)非(fēi)常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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