宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)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)示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不作伴还是做伴哪个对，作伴还是做伴正确可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质(zhì)的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所(suǒ)需(xū)要(yào)的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某作伴还是做伴哪个对，作伴还是做伴正确(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗(à作伴还是做伴哪个对，作伴还是做伴正确n)物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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