宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运(ykono洗发水是哪个国家的品牌，kono洗发水是品牌吗ùn)动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们(men)对(duì)这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

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)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīngkono洗发水是哪个国家的品牌，kono洗发水是品牌吗)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的(de)气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)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)宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的动力(lì)！

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