宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是狼性文化是什么意思，狼的精神经典十六字，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却(què)让人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西(xī)的(de)引力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的(de)狼性文化是什么意思，狼的精神经典十六字光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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