宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普通质量(liàng)都在星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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