宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升(shēng)到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个(gè)星系(xì)相对(duì)于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhè黄姓的来源和历史名人和现状，陆终到底是不是黄姓祖先ng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的(de)实(shí)验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)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子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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