宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么？两只小兔子吸红肿了，两只头头被吸肿了人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的(de)几十(shí)年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

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

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系(xì)团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的(d两只小兔子吸红肿了，两只头头被吸肿了e)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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