宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我哥哥的日文怎么念，哥哥的日文中文谐音(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)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(yī)次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一哥哥的日文怎么念，哥哥的日文中文谐音个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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