宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1不积跬步到底读gui还是kui，日积跬步以至千里是啥意思933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团的运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们(men)却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域(yù)到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银(不积跬步到底读gui还是kui，日积跬步以至千里是啥意思yín)河(hé)系的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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