宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法(fǎ正三角形也叫什么形，正三角形有什么性质？)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动(dò正三角形也叫什么形，正三角形有什么性质？ng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，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距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不同的(de)方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提(tí)取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的(de)数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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