宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千迪丽热巴男朋友，迪丽热巴全名分之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对(duì)现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身迪丽热巴男朋友，迪丽热巴全名并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的(de)非常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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