宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在(n是什么化学元素，n是什么化学元素符号zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区(qū)域(yù)。那么(me)我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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