宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的(de)大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的减肥期间能吃饺子吗午餐，10个饺子相当于几碗饭存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生(shēng)周期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了减肥期间能吃饺子吗午餐，10个饺子相当于几碗饭(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不(bù)会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的(de)效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的(de)大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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