宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量(liàng)后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度(dù)就会越(yuè)年轻人有必要吃鱼油吗，鱼油服用多久要停一停慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng年轻人有必要吃鱼油吗，鱼油服用多久要停一停)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们(men)也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号(hào)的(de)差异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)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(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力！

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