宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)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(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的(de)人们对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)定向直招士官到底是不是坑，定向直招士官是个坑亲身经历类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng定向直招士官到底是不是坑，定向直招士官是个坑亲身经历)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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