宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(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(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们(men)对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)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/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的抖音总是对你朝思暮想一圈一圈渐宽了衣裳是什么歌，总是对你朝思暮想一圈一圈渐宽了衣裳质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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