宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几国际歌的作者是谁哪国人，国际歌作者是哪个国家的人乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(国际歌的作者是谁哪国人，国际歌作者是哪个国家的人suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实(shí)验，却(què)没有任何(hé)实质性(xìng)的(de)发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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