宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过去的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是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(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的(de)各(gè)个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)人生在勤,不索何获的意思是谁说的，人生在勤不索何获的意思是什么靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现象(xi人生在勤,不索何获的意思是谁说的，人生在勤不索何获的意思是什么àng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解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(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(人生在勤,不索何获的意思是谁说的，人生在勤不索何获的意思是什么bàn)年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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