宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们(men)在(zài)过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力山登绝顶我为峰全诗李白，最霸气的十首诗(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对(duì)前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，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(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的(山登绝顶我为峰全诗李白，最霸气的十首诗de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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