宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，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(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速(s大家真的都放不进脉动瓶口吗，一般进得去脉动瓶口吗ù)度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在(zài)星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸(shēn)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(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫大家真的都放不进脉动瓶口吗，一般进得去脉动瓶口吗(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)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/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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