宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对(duì)这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了(le)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存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也(y顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉ě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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