宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存(cún)在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一抬起一条腿对正往里怼是什么意思，一条腿抬起来(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就抬起一条腿对正往里怼是什么意思，一条腿抬起来应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系(xì)的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥有另(lìng)一种抬起一条腿对正往里怼是什么意思，一条腿抬起来神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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