宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上软化和拉直哪个持久，为啥头发软化了一洗就不直了，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除(chú)了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来(lái)验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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