宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进一个男的长期不碰他老婆是什么原因行连通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学(xué)家(jiā)认(一个男的长期不碰他老婆是什么原因rèn)为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)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(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化(huà)的(de)一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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