宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占(已婚男人经常找你聊天是什么意思，一个愿意陪你聊天的已婚男人zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，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(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过已婚男人经常找你聊天是什么意思，一个愿意陪你聊天的已婚男人(guò)了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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