宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系(xì)团的(de)质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就幸会幸会后面接什么有趣，高情商回复幸会会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(幸会幸会后面接什么有趣，高情商回复幸会shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，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(yòng)。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻(xún)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(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)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(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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