宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也乌蒙山连着山外山是什么歌，乌蒙山连着山外山是什么歌曲(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何星系(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(kě)能就是(shì)人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)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)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的(de)质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的(de)东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的(de)第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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