宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi外公总是在妈妈身上睡觉好吗，外公在妈妈身上做什么)为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的(de)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(hé)系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中(外公总是在妈妈身上睡觉好吗，外公在妈妈身上做什么zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河(hé)系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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