宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú戴自动蝴蝶去上班感受，被要求带着玩具上班)法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)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，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(y戴自动蝴蝶去上班感受，被要求带着玩具上班ī)台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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