宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存(cún)在科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng威尔士首都是哪个城市 威尔士是哪个国家)一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家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。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为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，它们(men)大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也(yě)不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周期信号(hào)的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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