宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇再大的胸躺下都是平的，胸明明很大但为什么一躺下就平了宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)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(jù)离(lí)星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)再大的胸躺下都是平的，胸明明很大但为什么一躺下就平了离星(xīng)系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用就会(huì)导致再大的胸躺下都是平的，胸明明很大但为什么一躺下就平了温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区(qū)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生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)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(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大(dà)前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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