宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的(de)力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的1元等于多少伊朗币，1元人民币等于多少伊朗元另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作1元等于多少伊朗币，1元人民币等于多少伊朗元方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出(chū)了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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