宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng不羡鸳鸯不羡仙下一句，不羡鸳鸯不羡仙,只羡白发苍苍有人牵)系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(不羡鸳鸯不羡仙下一句，不羡鸳鸯不羡仙,只羡白发苍苍有人牵lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能(néng)就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约(y不羡鸳鸯不羡仙下一句，不羡鸳鸯不羡仙,只羡白发苍苍有人牵uē)是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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