宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不(bù)符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星话说三遍淡如水下一句是什么意思，话说三遍淡如水下一句是什么成语运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的(de)形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿话说三遍淡如水下一句是什么意思，话说三遍淡如水下一句是什么成语越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的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(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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