宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系(xì)的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)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(xīng)系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么(me)来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者(zhě)之频繁梦见一个人是缘尽吗，频繁梦见一个人是不是缘尽间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中(zhōng频繁梦见一个人是缘尽吗，频繁梦见一个人是不是缘尽)，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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