宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星(xī晚上睡觉抹护肤品好还是不好，晚上睡觉抹护肤品好还是不好ng)系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成晚上睡觉抹护肤品好还是不好，晚上睡觉抹护肤品好还是不好了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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