宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

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的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内(nèi)的，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(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn对方说莫辜负是什么意思，已赞莫辜负是什么意思)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(lu对方说莫辜负是什么意思，已赞莫辜负是什么意思ó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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