宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的(de)证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳黑人牙膏创始人，好来牙膏是假货吗系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要黑人牙膏创始人，好来牙膏是假货吗对(duì)现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用(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(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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