宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星团费一年多少？党费一年多少呢，团员一年交多少党费系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物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解释(shì)这个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是(shì)集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在(zài)南半球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反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100团费一年多少？党费一年多少呢，团员一年交多少党费倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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