宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引(yǐn没带罩子让捏了一节课感受)力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团(tuá没带罩子让捏了一节课感受n)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观测的(de)时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的(de)时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步(bù)的证(zhè没带罩子让捏了一节课感受ng)实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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