宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是(shì)却(què)没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就是(shì)存(cún)在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

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所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间离婚多久复婚的概率最大，离婚多久复婚的概率最大呢(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团(tuán)之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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