宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(压缩面膜蚕丝和纯棉的哪个好用，压缩面膜哪个牌子好用qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)压缩面膜蚕丝和纯棉的哪个好用，压缩面膜哪个牌子好用呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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