宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(ji朝鲜领土面积多大相当于中国哪个省，朝鲜领土面积多大？相当于中国哪个省的面积ù)会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速(sù)度(dù)在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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