宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占(z戴偏旁是戈还是十字旁，戴偏旁是戈还是十一画hàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到底是不(bù)是集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它(tā)的(de)大(dà)质(zhì)量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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