宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发(没带罩子他c了我一节课，没带bra被捏了一节课fā)现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的(de)计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的(de)其(qí)他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)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片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地看到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的(de)发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么(me)暗物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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