宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(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(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也(yě)会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么(me)来验证它(tā)的质量区域(yù)到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不(bù)应该塞尔维亚女人好追吗，塞尔维亚好找女朋友吗是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)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(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家塞尔维亚女人好追吗，塞尔维亚好找女朋友吗们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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