宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团中的(de)各个星(xīng)系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)吉H是哪里的车牌号，吉h是哪个城市的车牌引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们吉H是哪里的车牌号，吉h是哪个城市的车牌只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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