宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē复活的作者是谁，复活的作者是谁)发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这(zhè)个(gè)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现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值图像进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。复活的作者是谁，复活的作者是谁这个(gè)数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观(guān)测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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