宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会使(shǐ东边不亮西边亮的意思是什么，东边不亮西边亮典故)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得(dé)其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一东边不亮西边亮的意思是什么，东边不亮西边亮典故个(gè)东边不亮西边亮的意思是什么，东边不亮西边亮典故反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的(de)发(fā)现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，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(duì)银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)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，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动力！

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