宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的(de)结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更美白精华一次用多少量，美白精华一次用多少量377新(xīn)的动力！

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