宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附(fù)近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了(le)外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的料酒可以用白酒替代吗，料酒可以用白酒替代吗料酒可以用白酒替代吗，料酒可以用白酒替代吗几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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