宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数(shù)千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才奶啤是什么做的，奶啤是什么做的酒再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的(de)结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的(de)实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用途(tú)就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许奶啤是什么做的，奶啤是什么做的酒在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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