宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附(fù)近没有任何星(xīng)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)人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它的(de)质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方向是(shì)一致的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在(zài)的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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