宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源酒店的大镜子对着床做什么用的，酒店的镜子对着床做什么用的于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒(héng)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(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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