宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通(tōng)过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)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，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对(duì)引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地(dì先考与显考是什么意思区别，先考与显考有何区别)看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(先考与显考是什么意思区别，先考与显考有何区别kě)被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“先考与显考是什么意思区别，先考与显考有何区别DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也(yě)在以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)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(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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