宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，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(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā戴choker就是m吗，戴choker什么意思)现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测戴choker就是m吗，戴choker什么意思(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释了很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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