宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得翡翠手镯用紫光照为什么会有荧光，翡翠镯子太阳光下有紫色荧光诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的(de)第(dì)三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理(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)着一种我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们(men)大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们(men)地(dì)球(qiú)上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微(w翡翠手镯用紫光照为什么会有荧光，翡翠镯子太阳光下有紫色荧光ēi)波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)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(àn)物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连意翡翠手镯用紫光照为什么会有荧光，翡翠镯子太阳光下有紫色荧光(yì)大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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