宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合古巴对中国人友好吗，古巴为什么对中国人这么好万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在(zài)着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的古巴对中国人友好吗，古巴为什么对中国人这么好方式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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