宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无(wú)法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各(gè)走后门是一种怎样的体验知乎，走后门是什么感受个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律(lǜ)来(lá走后门是一种怎样的体验知乎，走后门是什么感受i)解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近(jìn)的(de)另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的(de)差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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