宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力(lì别急老师今天晚上是你的人，别急老师今天晚上就是你的了)量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可别急老师今天晚上是你的人，别急老师今天晚上就是你的了以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁(c别急老师今天晚上是你的人，别急老师今天晚上就是你的了í)作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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