宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据只要开窗一定不会煤气中毒吗，怎么判断煤气是不是漏了，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(w只要开窗一定不会煤气中毒吗，怎么判断煤气是不是漏了èi)于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)只要开窗一定不会煤气中毒吗，怎么判断煤气是不是漏了存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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