宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际悲痛和悲恸的区别在哪，比悲伤更高级的词上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的(de)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(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIB悲痛和悲恸的区别在哪，比悲伤更高级的词RA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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