宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在腰围88是多少 腰围88是多少码。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)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)。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在(zài)的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎ腰围88是多少 腰围88是多少码o)的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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