宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲纳粹分子是什么意思学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们(men)的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的(de)研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)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(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会(huì)意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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