宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占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说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越心之所向目光所至什么意思，目光所至啥意思(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以明显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观测者之间(jiān)心之所向目光所至什么意思，目光所至啥意思。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)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(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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