宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着在(zài)行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样(yàng)的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)情人把你拉黑了还有必要联系吗，婚外情拉黑是彻底分手吗回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的(de)差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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